高二物理粤教版选修32习题 模块综合测评 含答案Word格式.docx
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图1
某同学另找来器材再探究此实验.他连接好电路,经重复实验,线圈上的套环均未动.对比老师演示的实验,下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是
( )
A.线圈接在了直流电源上
B.电源电压过高
C.所选线圈的匝数过多
D.所用套环的材料与老师的不同
【解析】 金属套环跳起的原因是开关S闭合时,套环上产生感应电流与通电螺线管上的电流相互作用而引起的.线圈接在直流电源上,S闭合时,金属套环也会跳起.电压越高,线圈匝数越多,S闭合时,金属套环跳起越剧烈.若套环是非导体材料,则套环不会跳起.故选项A、B、C错误,选项D正确.
【答案】 D
3.圆形导线框固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直.规定磁场的正方向垂直纸面向里,磁感应强度B随时间变化的规律如图2所示.若规定逆时针方向为感应电流i的正方向,下列it图中正确的是( )
图2
【解析】 由E=n
S,i=
可知,圆环内磁感应强度B的变化率恒定不变,电流大小也不变,A项错误;
由楞次定律可知,第1s内导线框中的感应电流方向沿逆时针方向,与规定的正方向相同,故选项B、D一定错误,只有选项C正确.
4.如图3所示,平放在水平面的铁芯上分别绕有线圈L1、L2,每个线圈各接有两条光滑的平行金属导轨,金属棒MN、PQ均垂直于导轨放置,MN棒可自由移动而PQ棒固定.MN所在轨道之间有竖直向上的匀强磁场B1,PQ棒所在轨道之间有沿竖直方向的变化磁场B2,规定竖直向上为B2的正方向.当B2变化时,MN在磁场B1的作用下向右运动,则B2随时间变化的B2t图象可能是下图中的
( )【导学号:
97192140】
图3
A B C D
【解析】 由E2=n
S可知,若磁场B2均匀变化,产生的感应电动势E2恒定不变,L2中的电流恒定不变,L1中将无感应电动势,MN棒不会向右运动,A、B选项均错误;
若B2竖直向上,逐渐减小,变化率也减小,由楞次定律可判断,L1中的磁通量方向竖直向上,且在减小,MN棒中的感应电流方向由M→N,在B1中所变安培力水平向左,MN棒将向左运动,C选项错误;
同样道理可分析,D选项正确.
5.在匀强磁场中的矩形线圈从中性面开始匀速转动,穿过线圈平面的磁通量与时间t的图象是( )
【解析】 设匀强磁场的磁感应强度为B,矩形线圈abcd的面积为S,如图所示,从中性面位置开始逆时针方向匀速转动,设经过时间t转过的角度θ=ωt,转到位置a1d1,画出它的正视图如图所示.由磁通量计算式Φ=BS(S为垂直磁感线方向的面积)可知,在时刻t通过线圈平面的磁通量为Φ=BScosθ=BScosωt,即ω与t的关系按余弦函数规律变化.C选项正确.
6.如图4所示,在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框;
在导线框右侧有一宽度为d(d>
L)的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方向竖直向下.导线框以某一初速度向右运动.t=0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域.下列vt图象中,可能正确描述上述过程的是( )【导学号:
97192141】
图4
【解析】 线框进入和离开磁场时,安培力的作用都是阻碍线框运动,使线框速度减小,由E=BLv、I=
及F=BIL=ma可知安培力减小,加速度减小,当线框完全进入磁场后穿过线框的磁通量不再变化,不产生感应电流,不再产生安培力,线框做匀速直线运动,故选项D正确.
7.如图5所示是一火灾报警器电路的示意图.其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器,这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而增大.值班室的显示器为电路中的电流表,电源两极之间接一报警器.当传感器R3所在处出现火情时,显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是( )
图5
A.I变大,U变小 B.I变小,U变大
C.I变小,U变小D.I变大,U变大
【解析】 由电路的结构可知,R2与R3并联,再与R1串联,当R3所在处出现火情时,R3的温度升高,则R3的电阻增大,故整个外电路的电阻增大,路端电压U增大,R1两端电压减小,R3两端电压增大,即R2两端电压增大,所以I增大,故选D.
8.如图6甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,b是原线圈的中心抽头,图中电表均为理想的交流电表,定值电阻R=10Ω,其余电阻均不计,从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压,则下列说法中正确的是( )
97192142】
图6
A.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为22V
B.当单刀双掷开关与a连接且t=0.01s时,电流表示数为零
C.当单刀双掷开关由a拨向b时,原线圈的输入功率变大
D.当单刀双掷开关由a拨向b时,副线圈输出电压的频率变为25Hz
【解析】 原线圈输入电压的有效值为U1=
V=220V,当单刀双掷开关与a连接时,U2=
U1=22V,A选项正确;
当t=0.01s时,电流表示数不为零,电流表测量的是有效值,B选项错误;
当单刀双掷开关由a拨向b时,U2′=
U1=44V,输出功率增大,原线圈的输入功率也增大,此时输出电压的频率不变,C选项正确,D选项错误.
【答案】 AC
9.如图7所示,阻值为R的金属棒从图示位置ab分别以v1、v2的速度沿光滑导轨(电阻不计)匀速滑到a′b′位置,若v1∶v2=1∶2,则在这两次过程中
图7
A.回路电流I1∶I2=1∶2
B.产生的热量Q1∶Q2=1∶2
C.通过任一截面的电荷量q1∶q2=1∶2
D.外力的功率P1∶P2=1∶2
【解析】 金属棒切割磁感线产生的感应电动势为BLv,感应电流I=
=
,其大小与速度成正比;
产生的热量Q=I2Rt=
·
,B、L、L′、R是相同的,两次产生的热量比等于运动速度的比;
通过任一截面的电荷量q=It=
与速度无关,所以这两个过程中,通过任一截面的电荷量之比应为1∶1;
金属棒运动过程中受磁场力的作用,为使棒匀速运动,外力大小要与磁场力相同.则外力的功率P=Fv=BILv=
,其中B、L、R相同,外力的功率与速度的平方成正比,所以外力的功率之比应为1∶4.A、B正确.
【答案】 AB
10.竖直放置的平行光滑导轨,其电阻不计,磁场方向如图8所示,磁感应强度B=0.5T,导体杆ab和cd的长均为0.2m,电阻均为0.1Ω,所受重力均为0.1N,现在用力向上推导体杆ab,使之匀速上升(与导轨接触始终良好),此时cd恰好静止不动,ab上升时下列说法正确的是( )
97192143】
图8
A.ab受到的推力大小为2N
B.ab向上的速度为2m/s
C.在2s内,推力做功转化的电能是0.4J
D.在2s内,推力做功为0.6J
【解析】 以ab、cd为整体可知向上推力F=2mg=0.2N,对cd可得BIl=mg,所以I=
A=1A,设ab运动速度为v,则Blv=I×
2R,所以v=
m/s=2m/s,2s内转化的电能W电=I2×
2Rt=0.4J,2s内推力做的功WF=Fvt=0.8J.故选项B、C正确.
【答案】 BC
二、非选择题(本题共3小题,共40分.)
11.(12分)交流发电机的原理如图9甲所示,闭合的矩形线圈放在匀强磁场中,绕OO′轴匀速转动,在线圈中产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示,已知线圈的电阻为R=2.0Ω,求:
甲 乙
图9
(1)通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值是多少?
(2)矩形线圈转动的周期是多少?
(3)线圈电阻上产生的电热功率是多少?
(4)保持线圈匀速转动,1min内外界对线圈做的功是多少?
【解析】
(1)由it图可知通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值Im=2.0A.
(2)矩形线圈转动的周期T=4.0×
10-3s.
(3)由有效值I=
,线圈电阻上产生的电热功率为P=I2R=
R=4W.
(4)外界对线圈做功转化成电能再转化成电热,
1min内外界对线圈做的功W=Pt=240J.
【答案】
(1)2.0A
(2)4.0×
10-3s (3)4W(4)240J
12.(14分)某电子天平原理如图10所示,E形磁铁的两侧为N极,中心为S极,两极间的磁感应强度大小均为B,磁极宽度均为L,忽略边缘效应,一正方形线圈套于中心磁极,其骨架与秤盘连为一体,线圈两端C、D与外电路连接,当质量为m的重物放在秤盘上时,弹簧被压缩,秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触),随后外电路对线圈供电,秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止,由此时对应的供电电流I可确定重物的质量.已知线圈匝数为n,线圈电阻为R,重力加速度为g,问:
图10
(1)线圈向下运动过程中,线圈中感应电流是从C端还是从D端流出?
(2)供电电流I是从C端还是从D端流入?
求重物质量与电流的关系.
(3)若线圈消耗的最大功率为P,该电子天平能称量的最大质量是多少?
97192144】
【解析】
(1)由右手定则知:
感应电流从C端流出.
(2)设线圈受到的安培力为FA.外加电流从D端流入.
由FA=mg和FA=2nBIL,得m=
I.
(3)设能称量的最大质量为m0.
由m=
I和P=I2R,得m0=
.
【答案】
(1)感应电流从C端流出
(2)供电电流从D端流入 m=
I (3)
13.(14分)如图11甲所示,足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置,其宽度L=1m,一匀强磁场垂直穿过导轨平面,导轨的上端M与P之间连接一阻值为R=0.40Ω的电阻,质量为m=0.01kg、电阻为r=0.30Ω的金属棒ab紧贴在导轨上.现使金属棒ab由静止开始下滑,下滑过程中ab始终保持水平,且与导轨接触良好,其下滑距离x与时间t的关系如图乙所示,图象中的OA段为曲线,AB段为直线,导轨电阻不计,g取10m/s2(忽略ab棒运动过程中对原磁场的影响).
甲 乙
图11
(1)判断金属棒两端a、b的电势高低;
(2)求磁感应强度B的大小;
(3)在金属棒ab从开始运动的1.5s内,电阻R上产生的热量.
【解析】
(1)由右手定则判断φb>
φa.
(2)当金属棒匀速下落时,由共点力平衡条件得
mg=BIL
金属棒产生的感应电动势E=BLvt
则电路中的电流I=
由图象可得vt=7m/s
代入数据解得B=0.1T.
(3)在0~1.5s,以金属棒ab为研究对象,根据动能定理得mgh-W安=
mv
-0
W安=0.455J
对闭合回路由闭合电路欧姆定律得
E电=I(R+r)
则电阻R两端的电压UR为
UR=
E电
电阻R上产生的热量QR=
W安=0.26J.
【答案】
(1)b端电势高
(2)0.1T (3)0.26J